[发明专利]一种压电惯性驱动的二自由度耦合穿刺针进给机构

说明书

一种压电惯性驱动的二自由度耦合穿刺针进给机构，本发明的运动轴与针尖的根部同轴设置并连接，压电堆叠底座安装在运动轴的下方，二自由度耦合的压电惯性电机水平安装在压电堆叠底座上，且二自由度耦合的压电惯性电机驱动运动轴直线进给和绕轴线旋转。本发明通过步进电机控制外管的沿轴向的前后移动达到控制针尖开闭的目的，当外管向前移动时，外管挤压针尖，使针尖闭合。而当外管向后移动时，针尖被释放，自动张开。本发明用于眼科手术机器人的穿刺进给中。

技术领域

本发明涉及一种穿刺针进给机构，具体涉及一种压电惯性驱动的二自由度耦合穿刺针进给机构。

背景技术

穿刺是常见的医疗操作之一，常用于活体取样或直接给药。人体结构复杂多样，部分结构可依赖人手轻松完成穿刺操作，如脊椎和甲状腺等；但类似于眼底的毛细血管的注射操作常给手术医生带来艰巨挑战。由于毛细血管非常脆弱，人手颤抖会对精确操作造成极大的影响，而需要进行毛细血管给药的部位都是非常重要且精细的，所以患者很容易因术中的微小创伤产生术后并发症。机器人手术作为一种手术的辅助手段，利用机器人动作稳定和高分辨力的特点可实现许多以往依赖人手难以操作的治疗手段，可减少出血量并减轻手术并发症，缩短手术时间，最大限度地减少瘢痕，从而有效缩短出院所需时间，同时还可以获得更满意的手术效果。

目前的眼科手术机器人的穿刺针在靠近患者眼球时，需要直动电机和旋转电机共同作用，才能使穿刺针的针尖与血管在同一平面内并以相应角度与目标血管接触，此操作过程繁琐，控制程序精度要求高，存在结构复杂，体积大的问题。

综上所述，现有眼科手术机器人的穿刺针与目标血管接触的进给机构存在机构复杂，体积大的问题。

发明内容

本发明为了解决现有眼科手术机器人的穿刺针与目标血管接触的进给机构存在机构复杂，体积大的问题。进而提供了一种压电惯性驱动的二自由度耦合穿刺针进给机构。

本发明的技术方案是一种压电惯性驱动的二自由度耦合穿刺针进给机构，包括针管组模块和驱动模块，驱动模块包括运动轴2-1、二自由度耦合的压电惯性电机2-2、压电堆叠底座2-3和滚动球头柱塞2-4，针管组模块水平布置，针管组模块包括针尖1-1、外管组件1-2、丝杠1-3、螺母1-4、连接固定件1-5和步进电机1-6，步进电机1-6水平安装在连接固定件1-5上，丝杠1-3水平安装在连接固定件1-5上，且丝杠1-3与步进电机1-6的输出轴连接，螺母1-4安装在丝杠1-3上，外管组件1-2安装在丝杠1-3上并在丝杠1-3上水平移动，针尖1-1水平安装在外管组件1-2内；运动轴2-1与针尖1-1的根部同轴设置并连接，压电堆叠底座2-3安装在运动轴2-1的下方，二自由度耦合的压电惯性电机2-2水平安装在压电堆叠底座2-3上，且二自由度耦合的压电惯性电机2-2驱动运动轴2-1直线进给和绕轴线旋转，滚动球头柱塞2-4插装在压电堆叠底座2-3上后顶设在二自由度耦合的压电惯性电机2-2上。

进一步地，二自由度耦合的压电惯性电机2-2包括压电堆叠2-2-1、不锈钢球头2-2-2和柔性梁组件，压电堆叠2-2-1的一端设有凸台，滚动球头柱塞2-4顶设在所述凸台上，压电堆叠2-2-1的另一端设有不锈钢球头2-2-2，不锈钢球头2-2-2的前端安装有柔性梁组件。

进一步地，柔性梁组件包括触杆2-2-3、柔性梁2-2-4、两个压电陶瓷片2-2-5、柔性梁基座2-2-6和球头2-2-7，柔性梁基座2-2-6与压电堆叠2-2-1同轴安装在外壳上，柔性梁基座2-2-6的前端安装有柔性梁2-2-4，柔性梁2-2-4为长条形梁，两个压电陶瓷片2-2-5分别安装在柔性梁2-2-4长度方向的两侧，触杆2-2-3竖直安装在柔性梁2-2-4的前端，球头2-2-7安装在触杆2-2-3的上端。

进一步地，柔性梁基座2-2-6包括圆盘A和柱台B，柱台B同轴固定安装在圆盘A的端面上。

进一步地，针尖1-1的端部设有弯曲部。